CN107120652B - 一种分级燃气低氮燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分级燃气低氮燃烧器，涉及燃烧器技术领域。分级燃气低氮燃烧器包括分配器、导流盘、点火电极、点火燃料管和燃烧筒体。分配器用于给燃气和空气提供流动路径，包括本体、多个燃气喷管、燃气分配环和多个空气分配管。本体为带有第一夹层的筒体，燃气通过本体进入燃气管后由燃气分配环喷出。空气流经本体的中空部、空气分配管和分配器外侧形成空气流动路径，给燃气提供助燃气体。本发明使得燃气经过燃气分配环后分为两级喷出，给中心火焰提供足够的空气，强化了空气和燃气混合，缩短烟气在高温区的停留时间，有利于降低火焰温度。本发明能控制空气与燃气的流量与速度，控制空燃比，使燃气与空气充分混合燃烧，减小氮氧化物的产生。

Description

一种分级燃气低氮燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃烧器技术领域，特别是涉及一种分级燃气低氮燃烧器。

背景技术

燃烧器，是使燃料和空气以一定方式喷出混合燃烧的装置统称。

以燃气燃烧器为例，随着环保政策对NOx(即氮氧化物)排放限制的不断趋严，燃烧器的低氮改造刻不容缓。根据一些研究报告及调研资料表明，影响烟气中NOx形成的主要因素可归纳为三个方面：第一方面是与燃料特性有关，燃料中氮元素越多，越易生成NOx。第二方面与燃烧过程中的一些技术参数有关，如燃烧温度达到某一临界温度时，NOx的含量随温度呈指数关系上升。第三方面与燃烧设备及燃烧器的类型有关。

现有的低氮燃烧器，不能很好的控制燃气和空气的喷出速度和流量，不利于燃气与空气的充分混合燃烧，不能很好的控制空燃比，造成燃烧不完全、燃烧不稳定，NOx排放不满足环保要求等问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一个燃料与空气分级燃烧，使燃气充分燃烧的分级燃气低氮燃烧器。

特别地，本发明提供一种分级燃气低氮燃烧器，包括：

分配器，用于给燃气和空气提供流动路径，包括：

本体，为带有第一夹层的筒体，其外部为第一夹层、内部为中空部，所述第一夹层用于燃气聚集，所述本体包括第一端部和第二端部，所述第一夹层靠近所述第一端部处形成有燃气进口，所述中空部位于第一端部处为空气进口；

多个燃气管，所述多个燃气管的一端均匀地设置于所述第一夹层外侧靠近所述第二端部处且与所述第一夹层连通，所述多个燃气管与所述本体中心线平行并向远离所述本体的方向延伸，所述燃气经所述第一夹层处流进所述多个燃气管；

燃气分配环，与所述多个燃气管在远离所述本体的一端连通，以使得所述第一夹层、所述多个燃气管和所述燃气分配环共同形成对应的燃气流动路径，所述燃气在对应的燃气流动路径中流动并在所述燃气分配环处分级喷出；

多个空气分配管，沿所述本体的轴向设置于所述第二端部处且与所述中空部连通，并沿远离所述第一端部处延伸；所述中空部、所述多个空气分配管和所述分配器外部共同形成空气流动路径；和

导流盘，位于所述燃气流动路径的出口处，用于使经过所述导流盘的空气和燃气形成均匀旋转气流。

进一步地，所述燃气分配环为带有第二夹层的环形柱体，包括内侧壁、外侧壁和两个端壁；其中，

在一个端壁处沿所述燃气分配环的轴向设置有与所述多个燃气管相对应的多个第一通孔，所述多个第一通孔与所述第二夹层连通，所述燃气由对应的燃气管经对应第一通孔进入所述第二夹层内；

所述内侧壁处沿所述燃气分配环的径向设置有多个均匀分布的一级燃气喷口，所述多个一级燃气喷口与所述第二夹层连通，以使由所述一级燃气喷口喷出的所述燃气流向所述燃气分配环的内侧；

所述外侧壁处沿所述燃气分配环的径向设置有多个均匀分布的二级燃气喷口，所述多个二级燃气喷口与所述第二夹层连通，以使由所述二级燃气喷口喷出的所述燃气流向所述燃气分配环的外侧。

进一步地，所述燃气分配环处分级喷出为燃气从所述燃气分配环的内侧喷出及从所述燃气分配环的外侧喷出；

所述导流盘为一设置有多个条形缝隙和多个导流叶片的圆盘，平行于所述燃气分配环的内侧喷出的燃气形成的平面，位于所述燃气分配环的远离所述空气分配管的一侧。

进一步地，每一条形缝隙在所述导流盘处靠近所述圆盘中心的位置沿径向延伸至所述圆盘的最外侧，所述多个条形缝隙共同在所述导流盘上形成阵列排布。

进一步地，每一导流叶片对应于一个条形缝隙并且至少能够覆盖对应的所述条形缝隙，所述每一导流叶片的一端设置在条形缝隙的一侧并与所述导流盘连接，另一端向远离所述导流盘延伸，所述每一导流叶片与所述导流盘形成有一夹角。

进一步地，所述多个空气分配管通过连接盘与所述本体连接，所述连接盘与所述本体的中空部形状相适应，并固定连接在所述第二端部处；所述连接盘开有与所述多个空气分配管相对应的多个第二通孔，每一空气分配管在对应的第二通孔处与所述连接盘连接。

进一步地，每一空气分配管的侧壁上沿径向开有空气喷口，所述空气喷口用于向内侧喷出空气，所述每一空气分配管包括开口的第三端部和封闭的第四端部，

所述每一空气分配管的所述第三端部与所述连接盘在对应的所述第二通孔处连接，所述空气从所述中空部经由所述第二通孔流进对应的空气分配管；

所述每一空气分配管的所述空气喷口设置于靠近所述第四端部的侧壁处。

进一步地，所述多个空气分配管与所述连接盘连接后形成一从所述连接盘至所述第四端部不断扩大的锥形体，每一空气喷口均朝向所述锥形体的内侧。

进一步地，所述第四端部与所述导流盘连接，以使所述多个空气分配管共同支撑所述导流盘。

进一步地，还包括：

点火燃料管，固定于所述分配器处，为独立燃料管，用于给点火电极点火提供燃料；

点火电极，位于所述分配器一侧且固定于所述点火燃料管处，用于给所述燃气点火；和

燃烧筒体，形成于所述分配器、所述导流盘、所述点火电极及所述点火燃料管外部，用于为燃气及空气提供混合及燃烧场所。

本发明的分级燃气低氮燃烧器使得燃气经过燃气分配环后分为两级喷出，同时空气既能在整个燃烧器中燃烧，又能通过空气分配管喷出，给中心火焰提供足够的空气，强化了空气和燃气混合，缩短烟气在高温区的停留时间，有利于降低火焰温度。本发明能够控制燃气和从空气分配管中喷出的空气的流量和速度，控制空燃比，使燃气与空气充分混合燃烧，减小氮氧化物的产生。本发明燃烧器装置的结构紧凑、体积小，节约空间和成本。

进一步地，本发明在燃气喷管的尾端设置燃气分配环，并在燃气分配环上均匀设置一级燃气喷口和二级燃气喷口，一级燃气喷口和二级燃气喷口呈现内外布置，使燃气形成均匀稳定的燃气带，与空气达到高效混合的目的；另外，一级燃气喷口和二级燃气喷口呈现垂直燃料管布置，使燃气与空气能均匀混合，稳定火焰，降低燃烧是氮氧化物的产生。

进一步地，本发明导流盘上设置一定的缝隙和与导流盘呈一定角度的导流叶片，使空气通过导流盘后形成旋转气流，旋转气流与一级喷口喷出的燃气混合，强化了空气和燃气混合，缩短了燃气在高温区的停留时间，有利于降低火焰温度。

进一步地，本发明空气经空气喷口喷出，能有效控制空气喷出的流量，集中与一次燃气喷口喷出的燃气混合燃烧，确保燃烧火焰的空燃比，从而降低氮氧化物的生成。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的分级燃气低氮燃烧器的立体结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的分级燃气低氮燃烧器的立体结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的分级燃气低氮燃烧器的侧视图；

图4是根据本发明一个实施例的分级燃气低氮燃烧器的燃气分配环的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的分级燃气低氮燃烧器的连接盘、空气分配管和导流盘的结构示意图。

具体实施方式

图1和图2是示意性的示出了本发明一个实施例的分级燃气低氮燃烧器100的结构示意图。图3是示意性的示出了本发明一个实施例的分级燃气低氮燃烧器100的主视图。

参见图1-3，本实施例以图1-2为主要说明。本实施例中的分级燃气低氮燃烧器100可以用于使燃气与空气充分混合分级燃烧以降低燃烧后产生的氮氧化物。由图1-2可知，本发明的分级低氮燃烧器主要可以包括分配器和导流盘50，其中分配器是用于给燃气和空气提供流动路径，而导流盘50是位于所述燃气流动路径的出口处，用于使经过所述导流盘50的空气与燃气形成均匀旋转气流，使空气与燃气混合更均匀，燃烧更充分。

作为一具体实施例，本发明的分配器可以包括本体10、多个燃气管20、燃气分配环30和多个空气分配管40。其中，本实施例中，本体10为带有第一夹层11的筒体，其外部为夹层11、内部为中空部12，所述夹层11用于燃气聚集，所述本体10包括第一端部13和第二端部14，所述第一夹层11靠近所述第一端部13处形成有燃气进口111，所述中空部12位于第一端部13处为空气进口121。燃气和空气分别从第一夹层11和中空部12进入到本体10内部，从第一端部13流向第二端部14。

多个燃气管20的一端均匀地设置于所述第一夹层11外侧靠近所述第二端部14处，所述多个燃气管20与所述本体10中心线平行并向远离所述本体10的方向延伸，所述燃气经所述第一夹层11处流进所述多个燃气管20。多个燃气管20因要与本体10外侧连接并且要使燃气管20最终与本体10中心线平行，则燃气管20在于本体10连接处可以设置一连接的结构。该结构可以是与燃气管20一体成型的，也可以是单独设置的结构。如图1-图-3所示，燃气管20在于本体10连接处有一弯折结构，能够达到本发明的目的。当然，作为其他实施例，可以是弧形过渡的弯管结构。

燃气分配环30与所述多个燃气管20在远离所述本体10的一端连通，以使得所述夹层11、所述多个燃气管20和所述燃气分配环30共同形成对应的燃气流动路径，所述燃气在对应的燃气流动路径中流动并在所述燃气分配环30处分级喷出。燃气分配环30主要用于使燃气能够通过燃气分配环30分级喷出，达到均匀混合的目的。

多个空气分配管40，沿所述本体10的轴向设置于所述第二端部14处且与所述中空部12连通，并沿远离所述第一端部13处延伸。所述中空部12、所述多个空气分配管40和所述分配器外部共同形成空气流动路径。

本发明的分级燃气低氮燃烧器100使得燃气经过燃气分配环30后分为两级喷出，同时空气既能在整个燃烧器中流动，又能通过空气分配管40喷出，给中心火焰提供足够的空气，强化了空气和燃气混合，缩短烟气在高温区的停留时间，有利于降低火焰温度。本发明能够控制燃气和从空气分配管40中喷出的空气的流量和速度，控制空燃比，使燃气与空气充分混合燃烧，减小氮氧化物的产生。本发明燃烧器装置的结构紧凑、体积小，节约空间和成本。

图4示出了本发明一个具体实施例的燃气分配环30的结构示意图。作为一个具体的实施例，所述燃气分配环30为带有第二夹层(图中未示出)的环形柱体。优选地，可以为圆环形柱体，包括内侧壁31、外侧壁32和两个端壁33、34。其中，在一个端壁33处沿所述燃气分配环30的轴向设置有与所述多个燃气管20对应的多个第一通孔35，所述多个第一通孔35与所述第二夹层连通，所述多个燃气管20在与所述燃气分配环30上对应的多个所述第一通孔35处连接，所述燃气由对应的燃气管20经对应第一通孔35进入所述第二夹层内。所述内侧壁31处沿所述燃气分配环30的径向设置有多个均匀分布的一级燃气喷口36，所述多个一级燃气喷口36与所述第二夹层连通，以使由所述一级燃气喷口36喷出的所述燃气流向所述燃气分配环30的内侧。所述外侧壁32处沿所述燃气分配环30的径向设置有多个均匀分布的二级燃气喷口37，所述多个二级燃气喷口37与所述第二夹层连通，以使由所述二级燃气喷口37喷出的所述燃气流向所述燃气分配环30的外侧。一级燃气喷口36和二级燃气喷口37呈现内外布置，所述燃气分配环30处分级喷出为燃气从所述燃气分配环30的内侧喷出及从所述燃气分配环30的外侧喷出，使燃气形成均匀稳定的燃气带，与空气达到高效混合的目的。从所述一级燃气喷口36和所述二级燃气喷口37喷出的燃气与所述多个燃气管20垂直。当从燃气管20中流动的燃气经过第一通孔35进入燃气分配环30之后，燃气会从分配环的一级燃气喷口36和二级燃气喷口37喷出。明显地，从一级燃气喷口36喷出的燃气会垂直向所述燃气分配环30的内部中心喷出，而从二级燃气喷口37喷出的燃气则会向中心线的反方向喷出。一级燃气喷口36和二级燃气喷口37呈现垂直燃料管布置，使燃气与空气能均匀混合，稳定火焰，降低燃烧是氮氧化物的产生。

图5示出了本发明一个实施例的连接盘60、空气分配管40和导流盘50的结构示意图。其中，作为一个具体实施例，所述导流盘50为一设置有多个条形缝隙51和多个导流叶片52的圆盘，平行于所述燃气分配环30的内侧喷出的燃气形成的平面，位于所述燃气分配环30的远离所述空气分配管40的一侧(如图3所示)。该位置设置是为了使从空气分配管40中喷出的空气与从一级燃气喷口36喷出的燃气混合后经过导流盘50形成了旋流，使空气和燃气混合更均匀，燃烧更充分，燃烧效率更好。

作为具体实施例，每一条形缝隙51在所述导流盘50处从靠近所述圆盘中心向径向延伸至所述圆盘的最外侧，所述多个条形缝隙51共同在所述导流盘50上形成阵列排布。每一导流叶片52对应于一个条形缝隙51并且至少能够覆盖对应的所述条形缝隙51，所述每一导流叶片52的一端设置在条形缝隙51的一侧并与所述导流盘50连接，另一端向远离所述导流盘50延伸，所述导流叶片52与所述导流盘50形成有一夹角。一般情况下，条形缝隙51为直接在导流盘50的盘体上切割形成的缝隙，并且切割后与条形缝隙51相适应的部位形成为导流叶片52，并将导流叶片52向一侧折叠，与导流盘50形成一定的夹角。明显地，所有条形缝隙51的形状优选为同样形状，并且导流叶片52折叠的方向也应该保持一至，以使通过的空气与一级燃气喷口36喷出的燃气混合能形成旋转的气流，强化了空气和燃气混合，缩短了燃气在高温区的停留时间，有利于降低火焰温度。

进一步如图1、2和5所示，所述多个空气分配管40通过连接盘60与所述本体10连接，所述连接盘60与所述本体10的中空部12形状相适应，并固定连接在的所述第二端部14处。所述连接盘60开有与所述多个空气分配管40相对应的多个第二通孔61，每一空气分配管40在对应的第二通孔61处与所述连接盘60连接。

每一空气分配管40的侧壁上沿径向开有空气喷口41，所述空气喷口41用于向内侧喷出空气，每一空气分配管40包括开口的第三端部42和封闭的第四端部43，所述每一空气分配管40的所述第三端部42与所述连接盘60在对应的所述第二通孔61处连接，所述空气从所述中空部12经由所述第二通孔61流进所述多个空气分配管40。所述每一空气分配管40的所述空气喷口41设置于靠近所述第四端部43的侧壁处。

所述多个空气分配管40与所述连接盘60连接后形成一从所述连接盘60至所述第四端部43不断扩大的锥形体，每一空气喷口41均朝向所述锥形体的内侧。一个具体实施例，如图5所示，本实施例为四根空气分配管40形成为一四方锥形体，即多个空气分配管40在连接盘60处距离更近，在空气喷口41处距离的更远。并且每一个空气分配管40上的空气喷口41均向着锥形体的正中心处。所述第四端部43与所述导流盘50连接，以使所述多个空气分配管40共同支撑所述导流盘50。本实施例中，连接盘60固定设置于本体10上，空气分配管40的第三端部42与连接盘60连接，第四端部43与导流盘50连接，使空气分配管40与导流盘50均可以直接被支撑形成一刚性结构。又因为所述空气喷口41靠近所述导流盘50，从空气喷口41喷出的空气与燃气混合后更容易通过导流盘50，从而形成均匀旋转的气流。本发明空气经空气喷口41喷出，能有效控制空气喷出的流量，集中与一级燃气喷口36喷出的燃气混合燃烧，确保燃烧火焰的空燃比，从而降低氮氧化物的生成。

作为一实施例，本发明的分级燃气低氮燃烧器100还包括：点火电极70、点火燃料管71和燃烧筒体(图中未示出)。

点火电极70位于所述分配器一侧，用于给所述燃气点火。点火燃料管71，为独立燃料管，用于给所述点火电极70点火提供燃料。作为一种实施例，所述点火燃料管71是相对燃气管20单独设置燃气管20，其在所述分配器的一侧。所述点火燃料管71包括两个端部，所述点火燃料管71的一个端部与燃气气源连通，所述点火燃料管71的另一端部处设置有开有多个孔的稳燃盘72，所述稳燃盘72与点火电极70有间隙设置。本发明中设置一带有多个孔的稳燃盘72的作用是将点火燃气在通过稳燃盘72后形成均匀的气流，可以保证点火电极70高效引燃气体，实现点火的功能。

可以理解的是，所述点火燃料管71上还可以设置有阀门(图中未示出)，需要点火时开启所述阀门，使燃气经过所述点火燃料管71供点火使用，点火完成后，关闭所述阀门。一般情况下，点火电极70可以为一个或者两个，当点火电极70为一个时，该点火电极70设置于稳燃盘72后与稳燃盘72有一定的合适的距离，实现拉弧点火。当点火电极70为两个时，两个点火电极70之间有间隙，电极与稳燃盘72之间也存在间隙，在拉弧点火过程中，距离近的即实现点火功能。可见两个点火电极70相比一个电极，其点火效率更高。当然在具体实施时，其点火电极70的个数随需要而定。

燃烧筒体(图中未示出)形成于所述分配器、所述导流盘50、所述点火电极70及所述点火燃料管71外部，用于为燃气及空气提供混合及燃烧场所。并且，在燃烧过程中，整个燃烧筒体(图中未示出)内部都有空气，能更好的给燃气提供助燃气体，使燃烧充分。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种分级燃气低氮燃烧器，包括：

分配器，用于给燃气和空气提供流动路径，包括：

本体，为带有第一夹层的筒体，其外部为第一夹层、内部为中空部，所述第一夹层用于燃气聚集，所述本体包括第一端部和第二端部，所述第一夹层靠近所述第一端部处形成有燃气进口，所述中空部位于第一端部处为空气进口；

多个燃气管，所述多个燃气管的一端均匀地设置于所述第一夹层外侧靠近所述第二端部处且与所述夹层连通，所述多个燃气管与所述本体中心线平行并向远离所述本体的方向延伸，所述燃气经所述第一夹层处流进所述多个燃气管；

燃气分配环，与所述多个燃气管在远离所述本体的一端连通，以使得所述第一夹层、所述多个燃气管和所述燃气分配环共同形成对应的燃气流动路径，所述燃气在对应的燃气流动路径中流动并在所述燃气分配环处分级喷出；

多个空气分配管，沿所述本体的轴向设置于所述第二端部处且与所述中空部连通，并沿远离所述第一端部处延伸；所述中空部、所述多个空气分配管和所述分配器外部共同形成空气流动路径；和

导流盘，位于所述燃气流动路径的出口处，用于使经过所述导流盘的空气和燃气形成均匀旋转气流；

所述燃气分配环为带有第二夹层的环形柱体，包括内侧壁、外侧壁和两个端壁；其中，

在一个端壁处沿所述燃气分配环的轴向设置有与所述多个燃气管相对应的多个第一通孔，所述多个第一通孔与所述第二夹层连通，所述燃气由对应的燃气管经对应第一通孔进入所述第二夹层内；

所述内侧壁处沿所述燃气分配环的径向设置有多个均匀分布的一级燃气喷口，所述多个一级燃气喷口与所述第二夹层连通，以使由所述一级燃气喷口喷出的所述燃气流向所述燃气分配环的内侧；

所述外侧壁处沿所述燃气分配环的径向设置有多个均匀分布的二级燃气喷口，所述多个二级燃气喷口与所述第二夹层连通，以使由所述二级燃气喷口喷出的所述燃气流向所述燃气分配环的外侧；

所述燃气分配环处分级喷出为燃气从所述燃气分配环的内侧喷出及从所述燃气分配环的外侧喷出；

所述导流盘为一设置有多个条形缝隙和多个导流叶片的圆盘，平行于所述燃气分配环的内侧喷出的燃气形成的平面，位于所述燃气分配环的远离所述空气分配管的一侧。

2.根据权利要求1所述的分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，

每一条形缝隙在所述导流盘处靠近所述圆盘中心的位置沿径向延伸至所述圆盘的最外侧，所述多个条形缝隙共同在所述导流盘上形成阵列排布。

3.根据权利要求2所述的分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，

每一导流叶片对应于一个条形缝隙并且至少能够覆盖对应的所述条形缝隙，所述每一导流叶片的一端设置在条形缝隙的一侧并与所述导流盘连接，另一端向远离所述导流盘延伸，所述每一导流叶片与所述导流盘形成有一夹角。

4.根据权利要求3所述的分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，

所述多个空气分配管通过连接盘与所述本体连接，所述连接盘与所述本体的中空部形状相适应，并固定连接在所述第二端部处；所述连接盘开有与所述多个空气分配管相对应的多个第二通孔，每一空气分配管在对应的第二通孔处与所述连接盘连接。

5.根据权利要求4所述的分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，

每一空气分配管的侧壁上沿径向开有空气喷口，所述空气喷口用于向内侧喷出空气，所述每一空气分配管包括开口的第三端部和封闭的第四端部，

所述每一空气分配管的所述第三端部与所述连接盘在对应的所述第二通孔处连接，所述空气从所述中空部经由所述第二通孔流进对应的空气分配管；

所述每一空气分配管的所述空气喷口设置于靠近所述第四端部的侧壁处。

6.根据权利要求5所述的分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，

所述多个空气分配管与所述连接盘连接后形成一从所述连接盘至所述第四端部不断扩大的锥形体，每一空气喷口均朝向所述锥形体的内侧。

7.根据权利要求6所述的分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，

所述第四端部与所述导流盘连接，以使所述多个空气分配管共同支撑所述导流盘。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，

还包括：

点火燃料管，固定于所述分配器处，为独立燃料管，用于给点火电极点火提供燃料；

点火电极，位于所述分配器一侧且固定于所述点火燃料管处，用于给所述燃气点火；和

燃烧筒体，形成于所述分配器、所述导流盘、所述点火电极及所述点火燃料管外部，用于为燃气及空气提供混合及燃烧场所。